煤礦開采對建筑物采動損害評估可視化系統的設計

肖 璐

（西山煤電馬蘭礦，山西 古交 030200）

0 引言

隨著科技的不斷進步，煤炭產量日益增加。為實現煤炭的可持續性發展，人們越來越重視煤礦開采的合理性。由于煤炭從地下大量的采出，煤層上方巖層失去支撐，導致上覆巖層不斷下沉，嚴重時可能會波及地表，造成地表沉陷問題。該問題不僅嚴重威脅著煤礦上方地面村莊的生產生活、對生態環境造成巨大污染等，而且部分煤炭資源也會隨著地表沉降被上覆巖層覆蓋，變得難以開采，造成煤炭資源的浪費。

因此，本文為深入研究煤礦開采對地面建筑的損害程度，設計了建筑物采動損害評估可視化系統。該系統可以應用于礦區地表沉陷損害評估工作，對實現煤礦的可持續性發展具有重要戰略意義。

1 建筑物采動損害評估系統分析

1.1 數據分析

建筑物采動損害評估系統是通過與Access數據庫的連接，完成對煤礦開采損害數據的記錄、查詢和管理等功能。該數據庫不僅可以明了的實現各數據間的處理，而且可以大量的節省不必要的人力、物力和時間。

根據實際進行的研究對象，本次設計系統的分析數據主要包括：

1）地面沉降變形數據：該數據是評價地表沉陷損傷等級的重要數據，包括煤礦開采引起的地面下沉值W（單位mm）、地面傾斜值i（單位mm/m）、地面曲率值k（單位mm/m2）、地面水平移動值U（單位mm/m）和地面水平變形值ε（單位mm/m）等主要地面沉降變形數據。系統可以運用MMSPS預計系統處理并存儲該數據，用于評估環節。

2）建筑物特性數據：該數據是用于評估礦區上方地面建筑受煤礦開采損害的重要數據，數據內容包括：建筑物戶主信息、建筑物結構及面積、煤礦開采前后建筑物的損害等級及維修信息等。

3）煤礦開采損害等級數據：該數據用于制定煤礦開采引起的地面建筑物損傷等級標準，記錄的數據，對比不同等級建筑物破壞程度的數據區間，確定實際建筑物損害程度。

1.2 功能分析

本文設計煤礦開采對建筑物采動損害評估可視化系統的目的是對受開采影響的建筑物的損害程度及分布進行評估，為煤礦企業保護和治理礦區上方建筑物提高科學合理的理論依據。因此，該系統具備以下基本功能：

1）操作管理功能：本文設計的建筑物受采動損害評估系統具備系統登錄界面，工作人員可以通過登錄界面進行系統的登入登出和安全密碼的修改等。

2）數據錄入功能：預計系統MMSPS預計得到的主要數據需要進行數據處理，因此，該系統具備數據錄入功能，將預計系統得到的基礎數據錄入建筑物受采動損害評估系統，然后進行后期處理。

3）繪制等值線功能：該系統可以將錄入的地面移動變形數據進行整理分析，通過繪制地面下沉等值線、地面傾斜等值線、地面曲率等值線、地面水平移動等值線和地面水平變形等值線圖來直觀的表現礦區地面變形情況。同時，可以將地面受開采影響沉陷區的范圍，清晰的表示在AutoCAD軟件顯示界面上，進一步分析建筑物受開采損害的程度。

4）損害評估可視化功能：該系統可以通過以上功能繪制的建筑物受開采損害等級范圍分布圖和建筑物受采動損害程度分布圖，進行煤礦開采對建筑物損害的統計分析和煤礦開采工作的合理進行。

5）信息處理功能：為該系統的核心功能，其分為表格信息處理和圖形信息處理兩部分。通過表格信息處理的數據，可以表達受損害建筑物的損害面積等級和如何進行維修等信息；通過圖形信息處理，可以繪制出建筑物破壞面積統計圖和地面沉陷面積統計圖，用于表達受開采影響的建筑物的受損害情況。

6）信息搜索功能：工作人員可以通過實際需求，搜索了解礦區建筑物受開采損害的全部信息，用于礦方進行分析做出合理的決策。

7）信息輸出功能：該功能可以將系統最終處理得到的數據及繪圖進行打印輸出，工作人員可以根據實際需求，選取打印輸出的內容。

2 系統總體結構設計

根據建筑物受采動損害評估可視化系統的功能需求，該系統的設計應遵循：先進性、實用性、一致性、安全穩定性、集成性、準確性和可擴展性原則。

根據系統分析原理，按照系統分層處理的理念進行設計，可以將該系統分為數據層、處理層和用戶層三個階段。如圖1所示，圖1為建筑物受采動損害評估可視化系統的系統結構圖。

圖1 建筑物受采動損害評估可視化系統結構圖

數據層：主要負責數據的存儲，可以用于圖形數據、信息數據和統計結果的錄入及存儲。可以將MMSPS預計系統預計得到的基礎數據以及用戶錄入的數據輸入數據庫。同時，該系統層還負責了數據庫庫內信息的查詢功能。

處理層：整個設計系統的核心層，主要用于數據處理得到的地面移動變形等值線圖形及地面沉陷建筑物損害程度數據信息的可視化。該處理層可以接受用戶的指令，從數據庫中提取所需數據，然后通過系統的可視化功能輸出和顯示所需信息，承擔了用戶層與數據層的傳接關系，是整個系統的過渡階段。

用戶層：主要用于工作人員的操作、查詢和輸出等。工作人員可以通過簡單的操縱界面，按照操作提示進行使用。主要用于相關數據及圖形的錄入、查詢及輸出，是整個系統供人實際操作的部分。

為實現該系統對建筑物受采動損害程度及分布的評估，根據其系統功能將系統設計為七個板塊，主要包括：操作管理板塊、數據錄入板塊、繪制等值線圖板塊、損害評估可視化板塊、信息處理板塊、信息搜索板塊和信息輸出板塊。

3 建筑物受采動損害評估可視化系統的使用

3.1 系統登入界面

如圖2所示，為建筑物受采動損害評估可視化系統登入界面及主界面。由于該系統主要面向礦區工作人員。因此，本次設計的系統具備以下特點：

1）針對使用人群，整個操作系統皆為漢語，部分較難功能的使用都有提示語進行提示，使得用戶可以簡單方便的使用該系統。

2）菜單、工具欄等按鈕位置不變，便于工作人員的掌握。

3）用戶操作界面采用Windows風格進行設計，工作人員可以很容易的上手操作，便于實現系統與工作人員的交互性。

圖2 建筑物受采動損害評估可視化系統登入界面及主界面

3.2 系統部分功能的使用

1）數據的導入與查詢。用戶通過將預計系統預計得出的基礎數據txt文件導入建筑物受采動損害評估可視化系統，系統將立即將其存儲至數據庫，用戶可以實時的查看預計結果。如圖3所示，為數據的導入及查詢。

圖3 系統數據的導入及查詢

圖4 建筑物受采動損害等級范圍圖

2）建筑物受開采損害的可視化。該系統可以繪制礦區地面建筑物受開采損害的等級圖以及建筑物受開采損害的范圍圖，來實現建筑物受開采損害的可視化功能。該功能可以清晰、直觀的看到礦區開采對其地面沉陷影響及建筑損害的情況，為礦區提供有效的開采及維護建議。如圖4所示，為某礦建筑物受采動損害等級范圍圖。

4 結 論

針對煤礦開采對地面及地面建筑損害影響，本文深入研究煤礦開采對地面建筑的損害程度，設計了建筑物采動損害評估可視化系統。根據該系統實現目標，確定系統所需數據及應該具備的功能。根據系統結構設計原則，按照系統分層處理的理念，將系統設計為數據層、處理層和用戶層三個階段，分別實現系統的七大功能。同時，簡單介紹了該系統的界面登入及部分功能使用，對該系統的使用及推廣具有一定借鑒意義。